浸法处理红土矿 高氧化镁红土矿在适当长的时间里选用古巴镍公司的尼加罗法处理。合适选用这种碱浸出办法处理的矿典型成分为1.4%Ni，8%MgO，14%SiO2。 浸法是根据红土矿中的镍一般与铁结组成铁酸盐状况，经复原焙烧使铁酸镍转变成金属镍或镍铁合金，以便在溶液中溶解。现在古巴尼罗厂的出产规模为年处理矿石1780kt(均匀含镍1.3%，钴0.07%)，产烧结氧化镍16170t(Ni90%)，镍总实收率70.4%，钴浸出率18%～20%，耗410kg/t镍，二氧化碳耗量为551kg/t镍。 古巴尼加罗镍厂用复原焙烧-常压浸法处理高氧化镁含镍红土矿已达半个世纪，其工艺流程如图1。该流程的长处如下： (一)碳铵溶液既能选择性溶解焙砂中的镍、铜、钴，使其生成安稳的络合物，又能成功地将其别离收回。而铁、锌、镁等杂质因为它们的溶解度很小，在此后出产过程中大部分能水解除掉。 (二)碳铵溶剂易于收回，回来运用。 (三)物料腐蚀性弱，设备大多可用碳钢制造。 (四)选用常压浸出，设备结构简略。图1 古巴尼加罗冶炼厂出产工艺流程 该流程的缺陷如下： (一)能耗较高。从硫化镍矿出产镍其总能耗为22kWh/kg镍，而用氧化镍矿其总能耗要比硫化矿大1～3倍。 (二)浸出、洗刷作业的液固别离一般选用稠密机，物料在体系中逗留时间长(约72h)，设备容积大，厂区占地面积大。

在自然界中，镍首要以硫化镍矿和氧化镍矿状况存在。因为元素亲氧及亲硫性的差异，在熔融岩浆中，当有硫元素存在时，镍能优先构成硫化矿藏，并富集构成硫化物矿床。硫化镍矿如镍黄铁矿、紫硫镍铁矿中的镍以游离硫化镍形状存在，有适当一部分以类质同象赋存于磁黄铁矿中。部分氧化镍矿是由硫化镍矿岩体风化浸淋蚀变富集而成，镍首要以镍褐铁矿（很少结晶或不结晶的氧化铁）方式存在。红土镍矿是含镁铁硅酸盐矿藏的超基性岩经长时间风化发生的矿石，在风化进程中镍自上层浸出然后在基层沉积，NiO替代了相应硅酸盐和氧化铁矿晶格中的MgO和FeO。 因为镍具有抗腐蚀、抗氧化、耐高温、强度高、延展性好等特色，因而其用处很广泛，尤其是在不锈钢和耐热钢中的运用份额最大。其时在镍的消费中，钢铁和有色金属冶炼业约占总消费量的65%～70%；其次是轻工职业，包含自行车、医疗器皿、生活用品的电镀，约占总消费量的12%～15%；再次是机械制作、化工、石油和电力职业，这些职业需用镍制作各种机器和容器，用量约占总消费量的10%～12%。高新技能领域运用的充电电池、泡沫镍、镀镍钢带、活性氢氧化镍等产品，对镍的需求也很旺盛。 自20世纪80年代中期以来，镍的运用范围广泛，不锈钢一直是镍耗费的首要推动力。镍的需求持续被不锈钢产值的添加所带动，特别是在西欧、日本和东南亚国家更是如此。近年来，镍在钢铁工业、磁性材料工业、军事、有色金属、贵金属、特殊合金、贮氢材料、特种镍粉、新式涂镍复合材料、电池、医疗卫生和硫酸镍等方面的运用与开发非常引进注视。镍作为一种重要的战略金属，具有杰出的机械强度、延展性和化学安稳性，是工业和开展人类现代文明不可或缺的金属，在国民经济开展中具有极其重要的位置。 一、国际镍资源概略及运用现状 镍是一种较为丰厚的金属元素，在地球中的含量仅次于硅、氧、铁、镁，居第5位，地核含镍最高，是天然的镍铁合金。因为镍的地球化学特征，镍首要存在于铁镁硅铝酸岩浆所构成的铁镁橄榄石中，不同的岩石中含镍的一般规则是氧化镁及氧化铁等碱性脉石中含镍高，二氧化硅及三氧化二铝等酸性脉石中含镍低。镍在各种岩石中的均匀含量见表1。 表1  镍在各种岩石中的均匀含量  %现在可供人类开发运用的镍资源只限于陆地的硫化镍矿和氧化镍矿2种，其间约30%为硫化矿，70%为红土镍矿。 据美国地质调查局报道，到2004年，已探明的国际镍总储量为6 200万t，储量根底为14 000万t。国际陆地查明含镍档次在1%左右的资源量为1.3亿t，其间60%归于红土型镍矿床，共、伴生矿产首要是铁和钴，首要散布在赤道邻近的古巴、新喀里多尼亚、印度尼西亚、菲律宾、巴西、哥伦比亚和多米尼加等国；40%归于岩浆型铜镍硫化物矿床，共伴生矿产首要有铜、钴、金、银及铂族元素，首要散布在加拿大、俄罗斯、澳大利亚、我国、南非、津巴布韦和博茨瓦纳等国。别的大洋深海底的锰结核和锰结壳中还含有很多的镍资源，共伴生矿产为铜、钴和锰，数量巨大。 硫化镍矿一般含镍1%左右，选矿后的精矿档次可达6%～12%，加上伴生的有价金属（铜、钴）可达6%～15%；此外，还常含有必定量的贵金属。精矿中还有以硫化铁形状存在的燃料成分，热值在2 091～4 182 MJ/t，熔炼能耗低。因而，硫化镍矿的经济价值比较高。红土矿含镍1%～3%，不能通过选矿富集，仅能用挑选扔掉风化较浅、档次低的块矿。红土矿中仅伴生有少数钴，无硫，无热值，但矿石储量大，并且赋存于地表，易采，可露天作业。具有开发的优胜条件和工业价值的镍矿藏及其化学式见表2，国际镍储量及储量根底见表3。 表2  具有工业价值的镍矿藏及其化学式表3  国际镍储量及储量根底因为硫化镍矿资源质量好，工艺技能老练，现在约60%的镍产值来历于硫化镍矿，但硫化镍矿因长时间挖掘，且近20年来在新资源勘探上没有重大突破，保有储量急剧下降。如以年产镍量120万t核算，则适当于2年采完一个加拿大伏伊希湾镍矿床（近20年仅有发现的大型矿床，国际第5大硫化镍矿），5年采完金川镍矿（国际第3大硫化镍矿）。因而，全球硫化镍矿已呈现资源危机，且传统的几个硫化镍矿矿山（加拿大的萨德伯里、俄罗斯的诺列尔斯克、澳大利亚的坎博尔达、我国金川、南非里腾斯堡等）的挖掘深度日益加深，矿山挖掘难度加大，选、冶难度也添加。为此，全球镍职业将资源开发的重心瞄准储量丰厚的红土镍矿。红土镍矿资源的采冶运用份额已占国际镍产值的40%以上，且呈不断上升的趋势。可以预期，国际未来镍产值的添加将首要来历于红土型镍矿资源的开发。 因为我国硫化镍资源急剧削减，氧化镍矿储量少且档次较低、难提取，与国外氧化镍矿储量大、档次高的一些国家比较，缺少竞争力，我国各有色金属厂商活跃在全球范围内开发红土镍矿资源。宝钢集团同金川集团联手，出资10亿美元用于菲律宾诺诺克岛镍矿资源的开发；我国五矿集团与古巴协作在Moa建造年产22 500 t镍的出产工厂；我国冶金建造集团同吉林镍业公司协作在开发坐落巴布亚新几内亚的瑞木镍矿（该矿的镍均匀档次约1%，估计总出资为6.7亿美元）；我国金宝矿业公司则与缅甸矿业部所属公司签署了缅甸莫苇塘镍矿的协作勘探及可行性研讨协议；我国有色集团缅甸达贡山红土镍矿年处理干矿132万t，冶炼厂年产含镍26%的镍铁8.5万t，矿山地质储量4 300万t，其间经济储量2 239.6万t，均匀含镍1.96%。 关于含镍低，铁多、硅镁少的褐铁矿型红土镍矿，从节能减耗的视点动身，宜选用湿法浸出工艺；而关于含镍较高，铁低、硅镁高的硅镁型红土镍矿，最有用的处理办法仍是选用复原熔炼工艺出产镍铁工艺。以镍铁作为冶炼不锈钢、合金钢与合金铸铁的镍合金质料，可以削减金属镍的耗费，添加镍元素的来历，且本钱低于电解镍，使出产单位和用户两边均取得杰出的经济效益，具有较强的报价竞争优势。假如选用湿法工艺将红土矿中的镍与铁等元素别离，然后再在炼钢的进程中交融，显着形成动力和资源的糟蹋，从长远来看是不足取的。怎么更直接、合理地运用红土镍矿显得尤为重要。 二、红土镍矿资源开发运用的优势和远景 现在，国际镍工业出产的镍，首要来自硫化镍矿资源，约占总产值的60%。其他来自红土镍矿。可是跟着优质（含镍档次高）易挖掘的硫化镍矿资源的削减、对环境要求的前进、红土镍矿提取技能的前进以及镍报价要素等的影响，从红土镍矿出产的镍量会不断添加。曩昔50年资源开发的特色印证了这一开展趋势，产值改变如表4所示。 表4  不同年份镍的产值核算    万t红土型镍开发运用的首要优势在于： （一）红土型镍矿资源丰厚，全球约有4 100万t镍金属量，勘查本钱低。 （二）可露天挖掘，采矿本钱极低。 （三）选冶工艺已逐渐老练。 （四）不锈钢出产的开展，对烧结氧化镍、镍铁或通用镍的需求添加，而这些镍产品首要是由氧化镍矿出产的。 （五）国际红土型镍资源首要散布于近赤道区域，大部分靠近海岸，便于外运。 从红土镍矿的资源特色来看，国际镍工业的开展资源开发重心将逐渐从硫化镍矿转移到红土镍矿的运用。因为红土镍矿一般都伴生有钴，铁、铬等多种有价金属，其归纳运用的必要性清楚明了。关于我国而言，尽管我国的红土镍矿资源份额偏小，但跟着硫化镍资源的逐渐干涸，镍市场需要的不断添加，参加海外红土镍矿的开发势在必行。近年来，我国从缅甸、古巴、印尼进口的很多红土镍矿以及与菲律宾、巴布亚新几内亚的镍钴出产联合项意图施行，进一步标明红土镍矿的开发已经成为我国镍资源运用的重要内容。国际范围内红土镍矿的开发运用远景非常宽广。 三、国内外红土镍矿处理技能及开展 氧化镍矿床是含镍橄榄岩在热带或亚热带区域通过大规模的长时间的风化淋滤蜕变而成的，是由铁、铝、硅等含水氧化物组成的疏松的粘土状矿石。因为铁的氧化，矿石呈赤色，所以被称为红土矿(laterite)。红土镍矿的可采部分一般由3层组成：褐铁矿层、过渡层和腐殖土层，其处理工艺如表5所示。 表5  红土镍矿的散布、组成与提取技能    % （一）火法工艺 火法处理红土镍矿的工艺按其产出产品的不同分为复原熔炼出产镍铁工艺和复原硫化熔炼出产镍锍工艺。 1、复原熔炼出产镍铁 国际上用得最多的红土镍矿火法处理工艺是复原熔炼出产镍铁，用于出产不锈钢。氧化镍易被C，CO，Si复原，在较高温度下操控必定的复原条件，就可以使氧化镍彻底复原成金属，铁部分复原，与镍熔组成镍铁合金，而未被复原的硅、镁氧化物与另一部分氧化铁一同造渣。复原熔炼出产镍铁的办法有以下几种： (1)反转窑－电炉复原熔炼工艺。反转窑－电炉复原熔炼工艺(RKEF)是现在红土镍矿冶炼厂遍及选用的一种火法冶炼工艺流程，技能牢靠、老练。该工艺首要工序包含枯燥、焙烧－预复原、电炉熔炼和精粹。因为原矿含有很多附着水和结晶水，所以熔炼前的炉料预备首要是脱水和枯燥，一般是在枯燥窑内脱除附着水，在较长的反转窑内于较高的温度下焙烧预复原，进一步脱除结晶水，部分镍、铁氧化物预复原，一同炉料得到预热，为下一步电炉熔炼节省动力，出窑炉料温度为650～900℃，直接送人电炉上面的料仓中，参加交（直）流电弧炉复原熔炼制取镍铁，精粹后用做冶炼不锈钢的质料。该工艺合适于低铁高镍型红土镍矿，得到的镍铁产品镍档次一般为10%～15%，铁档次为60%～80%，镍的收回率大于90%。 反转窑－电炉熔炼工艺合适处理各种类型的氧化镍矿，熔池可到达较高的温度且温度易于操控，合适于处理难熔的硅镁镍矿，对入炉炉料也没有严厉要求；渣含有价金属较少；出产简略操控，便于操作，易于完成机械化和自动化。所以近几年来反转窑－电炉熔炼镍铁工艺开展较快，现在至少有14家工厂运用这一办法处理氧化镍矿，镍铁年产值（含镍计）在25万t左右。 (2)竖炉－电炉工艺。鹰桥公司在新喀里多尼亚的Koniambo冶炼厂选用的是多米尼加鹰桥竖炉－电炉工艺。该工艺流程学习水泥窑外分化的技能，将物料磨细后进行闪速枯燥、闪速煅烧、在流态化炉中进行预复原，然后在直流电弧炉内熔炼煅烧料，LF炉内精粹，具有固定出资少，操作本钱省，物料逗留时间短，产质量量高，烟尘率低，动力耗费低的长处。 (3)鼓风炉冶炼工艺。豉风炉冶炼是将氧化镍矿在反转窑内预热、枯燥后制成团块，与焦炭块一同参加鼓风炉内冶炼，出产出粗镍铁，再进行精粹，制出镍铁。鼓风炉冶炼是最早的炼镍办法之一，对环境不友好，矿石适应性差，对镁含量有较严厉的要求，别的不能处理粉矿，对入炉炉料也有严厉的约束。跟着出产规模扩展、冶炼技能前进、炼钢厂对镍类质料要求的前进以及环境保护要求的前进，这一办法已逐渐被筛选。 (4)可移动平炉出产镍铁工艺。除了以上几种得到运用的办法，日本神户钢铁有限公司还新开发了一种用可移动平炉出产镍铁的处理工艺。该工艺包含：①混料进程。将含有氧化镍和氧化铁的矿石配人碳质复原剂制备成混料。②复原进程。在移动的平炉内加热复原混料，制备复原混料。③熔炼进程。在熔炉内将已复原的混合物熔化制备镍铁。该工艺可以以较低的本钱高功率地制备出高镍含量的镍铁产品，且尘埃数量少，避免了炉壁尘埃的堆积发生粘结物，因而给料时渣的含量可不用调整。 2、复原熔炼出产镍锍 复原锍化熔炼处理氧化镍矿出产镍锍的工艺早在20世纪二三十年代就得到了运用，其时选用的都是鼓风炉熔炼。该工艺与鼓风炉复原熔炼出产镍铁的工艺存在相同的缺陷，因而新建的大型工厂都选用电炉熔炼红土镍矿出产镍锍。全国际由氧化镍矿出产镍锍的镍量在12万t左右。镍锍出产工艺是在出产镍铁工艺的熔炼进程中，参加硫化剂，产出低镍锍，再通过转炉吹炼出产高镍锍。镍锍的成分可以通过复原剂（焦粉）和硫化剂的参加量加以调整。可供挑选的硫化剂有黄铁矿( FeS2)、石膏(CaSO4·2H2O)、和含硫的镍质料。现在国内向阳昊天集团选用该工艺出产低镍锍，取得的低镍锍产品镍档次为5%～8%，镍金属收回率大于90%。 选用复原锍化熔炼处理氧化镍矿出产镍锍的工艺，其产品高镍锍具有很大的灵活性：经焙烧脱硫后的氧化镍可直接复原熔炼出产用于不锈钢工业的通用镍；也可以作为常压拨基法精粹镍的质料出产镍丸和镍粉；因为高镍锍中不含铜，还可以直接铸成阳极板送锍化镍电解精粹的工厂出产阴极镍。总归，可以进一步处理，出产各种方式的镍产品，并可以收回其间的钴。 （二）湿法工艺 关于含镍较高而含铜和钴低的红土镍矿，较多选用电炉复原熔炼的办法出产镍铁，但在处理含铜、钴比较高的红土镍矿时，宜选用湿法流程处理，以利于归纳收回各种有价金属和下降能耗。浸出是常用的湿法处理办法，依据矿石中氧化镁含量的凹凸，选用常压浸工艺和高压酸浸工艺两种办法。含氧化镁高的矿石需选用浸，因为酸浸时需耗费很多的酸中和矿石中的碱性脉石，操作本钱高，在经济上不可行。而含氧化镁低的矿石可选用硫酸浸出，为加快整个溶解进程，浸出作业通常在高温高压下进行。一般常用的湿法处理工艺有以下几种。 1、复原焙烧－浸工艺 复原焙烧－浸工艺(RRAL)是由Caron教授创造的，因而又称Caron流程。浸是将焙烧矿用NH3及CO2将金属镍和钴转化为镍及钴络合物进入溶液。浸法是最早的湿法处理工艺，首要通过复原焙烧，使镍、钴和部分铁复原成合金，然后再通过多级逆流浸，浸出液经硫化沉积，沉积母液再除铁、蒸，产出碱式硫酸镍，碱式硫酸镍再经煅烧转化成氧化镍，也可以经复原出产镍粉。选用该工艺出产的镍块中镍质量分数可达90%，全流程镍的收回率达75%～80%。与火法冶炼流程比较，钴可以部分收回，收回率40%～50%。但浸法只合适处理红土镍矿床上层的红土矿，不合适处理基层硅镁含量高的矿层，这就极大地约束了浸法的开展，从20世纪70年代今后就没有新建工厂选用该工艺。 2、高压酸浸工艺 高压酸浸法(PAL)是用硫酸挑选性浸出氧化镍矿中的镍和钴，包含矿浆制备、浸出和镍钴收回3道工序。常温下，用硫酸浸出氧化镍矿石，很多的铁会随镍和钴一同被浸出；跟着温度升高，镍、钴浸出率稍有下降，但铁浸出率则大幅度下降。在温度232～268 K时，镍和钴的浸出率在95%以上，而铁的浸出率很低。 PAL工艺最大的长处是钴的浸出率高，可达90%以上，大大高于其他工艺流程。但这种工艺合适处理以针铁矿为主的矿石，不太合适处理泥质较多的矿石。 3、常压酸浸工艺 常压酸浸工艺是现在红土镍矿处理工艺研讨较为抢手的方向。常压酸浸法处理红土镍矿的一般工艺：对红土镍矿先进行磨矿和分级处理，将磨细后的矿浆与洗涤液和硫酸按必定的份额在加热的条件下反响，镍浸出进入溶液，再选用碳酸钙进行中和处理，过滤，得到的浸出液用CaO或Na2S做沉积剂进行沉镍。 常压浸出办法具有工艺简略、能耗低、不运用高压釜、出资费用少、操作条件易于操控等长处，可是浸出液别离困难，浸渣中镍含量仍较高。 （三）火法湿法结合工艺 用火法湿法相结合的工艺处理氧化镍的工厂，现在国际上只要日本冶金公司的大江山冶炼厂。首要工艺进程：原矿磨细与粉煤混合制团，团矿经枯燥和高温复原焙烧，焙烧后的矿团再磨细，将矿浆进行选矿别离得到镍铁合金产品，镍铁合金中镍档次为12%～15%，镍的收回率为91%～95%。 该工艺的最大特色是出产本钱低，能耗中的85%动力由煤供给，每吨矿耗煤160～180kg。而火法工艺电炉熔炼的能耗80%以上由电能供给，每吨矿电耗560～600kW·h，两者能耗本钱差价很大，依照现在国内市场的价值核算，两者报价相差3～4倍。可是该工艺存在的问题还比较多，大江山冶炼厂虽经屡次改善，工艺技能仍不行安稳，通过几十年其出产规模仍逗留在年产镍l万t左右。该工艺的技能关键是粉煤与矿石混合和复原焙烧进程的温度操控。 从节能、低本钱和归纳运用镍资源的视点动身，这一工艺是值得进一步研讨和推行的。俄罗斯的研讨人员对乌拉尔氧化镍矿选用离析焙烧进行浮选或磁选等方面的实验研讨后以为，它是现在仅有能下降本钱、节约动力和添加镍产值的办法，合适于处理任何类型的氧化镍矿。 （四）其它处理工艺 国内外对低档次红土镍矿的其他处理工艺进行了广泛的研讨，首要研讨有氯化离析－磁选、复原硫化焙烧－磁选以及生物浸出等办法。 氯化离析是指在矿石中参加必定量的碳质复原剂（煤或焦炭）和氯化剂（氯化钠或氯化钙），在中性或弱复原性的气氛中加热，使有价金属从矿石中氯化蒸发，并一同在炭粒表面复原成为金属颗粒的进程。其意图在于使矿石中呈难选矿藏形状存在的有价金属转变为金属颗粒，随后用选矿的办法富集，产出档次较高的金属精矿。但关于大部分的贫红土镍矿，因为镍矿中的镍大部分和硅、铁结合而成杂乱的硅酸镍和铁酸镍，不宜选用氯化离析－湿式磁选法。 日本和英国有人研讨用参加复原剂及硫化剂，对红土镍矿进行复原硫化焙烧，之后选用磁选别离的办法得到高收回率的镍精矿。尽管实验成果能得到含镍9%左右、收回率到达90%的镍精矿，但因为精矿硫含量较高，在复原时及后续工艺的处理中有必要考虑严峻的环境污染问题，因而至今未得到出产运用。 印度研讨了红土矿的超声生物浸出。已知微生物的生物活性能使金属从低档次矿石中有用溶解出来，而有机体的生物浸出功率与其成长速率有关。他们还研讨了超声预处理对用黑曲霉素天然菌株浸出镍的影响，发现超声波可以使黑曲霉素的成长增强，浸出20 d可使镍的浸出率到达92%。 尽管这些研讨都在实验室取得了必定的作用，但因为工业设备及出产规模等要素的影响，现在还都没可以进行工业化实验。